[發(fā)明專利]在316L不銹鋼表面制備抗高溫氧化鍍層的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210391130.7
• 申請(qǐng)日: 2022-04-14
• 公開（公告）號(hào): CN114774822A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉亞;袁彬彬;蘇旭平;吳長軍;王建華;彭浩平;涂浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C2/06
• 分類號(hào): C23C2/06;C23C2/02;C23C2/26
• 代理公司: 常州市英諾創(chuàng)信專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32258
• 代理人: 李楠

本發(fā)明屬于不銹鋼表面抗高溫氧化處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及在316L不銹鋼表面制備抗高溫氧化鍍層的方法，包括以下步驟：第一步、對(duì)316L不銹鋼工件進(jìn)行熱浸鍍鋁硅，冷卻后得到鍍鋁工件，鍍液中硅的含量為1?5wt％Si。第二步、將得到的鍍鋁工件再進(jìn)行擴(kuò)散處理，真空擴(kuò)散溫度為800?900℃，并在此溫度下保溫1?3h，得到鍍層擴(kuò)散相最外側(cè)分別為Fe₂Al₅、FeAl₂、FeAl擴(kuò)散相的滲鋁工件。該方法針對(duì)316L不銹鋼基體進(jìn)行設(shè)計(jì)，將熱浸鍍鋁硅與真空擴(kuò)散處理工藝相結(jié)合。本發(fā)明工藝制備的鍍層與基體結(jié)合為冶金結(jié)合，工藝過程相對(duì)簡單，成本較低，抗高溫氧化性能優(yōu)良，易生產(chǎn)加工等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于不銹鋼表面抗高溫氧化處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在316L不銹鋼表面制備抗高溫氧化鍍層的方法。

背景技術(shù)

316L不銹鋼是為改善耐腐蝕性能而發(fā)展出的一種超低碳奧氏體不銹鋼，具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，廣泛用于石油、化工、生物領(lǐng)域中。但該鋼只能在800℃以下連續(xù)使用，而在更高溫度氧化環(huán)境中無法長時(shí)間工作。隨著高端科技的發(fā)展，對(duì)其高溫抗氧化性能提出更高要求。熱浸鍍鋁法制備涂層是一種有效的保護(hù)鋼鐵材料、延長材料在氧化或者腐蝕等惡劣環(huán)境壽命的途徑。因此，需要在不銹鋼表面進(jìn)行表面改性，從而提高不銹鋼的抗高溫氧化性能，其中較為理想的工藝是對(duì)其表面進(jìn)行鍍層處理。中國專利文獻(xiàn)(申請(qǐng)?zhí)枮?01810391357.5)公開了一種熱浸共滲鋁銅合金的方法，包括將助鍍處理后的鋼材浸入銅鋁合金熔池浸鍍，然后在550～650℃，保溫3～7天，從而在鋼材表面形成合金滲層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)從外到內(nèi)依次為Fe₂Al₅層、FeAl層、Fe₂Al層和α-Fe層。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種在316L不銹鋼表面制備抗高溫氧化鍍層的方法，該方法針對(duì)316L不銹鋼基體進(jìn)行設(shè)計(jì)，將熱浸鍍鋁與真空擴(kuò)散處理相結(jié)合，在熱浸鍍鋁時(shí)，往熔池中添加Si元素，Si原子會(huì)填充Fe₂Al₅相在C軸方向上的空位，阻礙了Al原子的快速擴(kuò)散，從而抑制了Fe₂Al₅相的舌狀生長使得Fe-Al合金層厚度減薄。在第二步的真空退火基體中的Ni、Cr元素?cái)U(kuò)散到鍍層中，會(huì)在不銹鋼表面與基體形成緊密結(jié)合的α-Fe相層、Fe-Al相層。NiAl、Cr₃Si相能顯著提高抗高溫氧化性能。本工藝涂層與基體結(jié)合為冶金結(jié)合，結(jié)合力好，工藝過程相對(duì)簡單，成本較低，易生產(chǎn)加工等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)根據(jù)后續(xù)氧化條件要求，對(duì)鍍層相組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以通過控制真空退火的溫度及時(shí)間在鍍層外側(cè)得到Fe₂Al₅、FeAl₂、FeAl相，為后續(xù)的高溫氧化形成的Al₂O₃不會(huì)太厚以至于剝落。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，提供一種在316L不銹鋼表面制備抗高溫氧化鍍層的方法，包括以下步驟：

a.基體的預(yù)處理

將316L不銹鋼基體經(jīng)碳化硅砂紙逐級(jí)打磨，超聲清洗并烘干后得到表面光潔平整的316L不銹鋼件，再進(jìn)行助鍍處理，得到待預(yù)浸鍍的316L不銹鋼件；

b.熱浸鍍過程

在純鋁鍍液中加入1-5wt.％Si，設(shè)置熱浸鍍溫度和時(shí)間，對(duì)預(yù)浸鍍的316L不銹鋼件進(jìn)行熱浸鍍鋁硅，形成基礎(chǔ)鍍層；

c.真空退火處理

對(duì)在所述步驟b中制備鋁硅鍍層的不銹鋼鋼塊進(jìn)行真空退火處理，設(shè)置退火溫度800～900℃，退火時(shí)間1～3h，然后進(jìn)行水冷，得到高溫抗氧化鍍層。

進(jìn)一步的，浸鍍鋁用的助鍍劑的質(zhì)量百分組成為：氟化鈉0.1％、氯化鉀10％、氟鋯酸鉀10％、其余是水；助鍍溫度保持在95℃，助鍍時(shí)間為5min。